淺析廣播主控升級項目中Dante數(shù)字音頻傳輸技術(shù)替代CobraNet網(wǎng)絡(luò)音頻實時傳輸技術(shù)的應(yīng)用

趙剛

新疆廣播電視臺廣播播出傳送中心 新疆烏魯木齊 830000

新疆廣播電視臺廣播主控項目升級改造是為了保證廣播電視節(jié)目的安全播出，更好地將黨的聲音傳入千家萬戶。對于目前牢牢扭住總目標(biāo)，切實保障社會穩(wěn)定和長治久安將發(fā)揮巨大作用。

新疆廣播電視臺廣播主控機房系統(tǒng)的主體為2012年建設(shè)完成，截止目前，硬件設(shè)備老化非常嚴(yán)重，主控系統(tǒng)所采用的CobraNet網(wǎng)絡(luò)音頻實時傳輸技術(shù)已經(jīng)淘汰，對應(yīng)的硬件CAS2000設(shè)備已經(jīng)停止產(chǎn)品更新。為了更好地適應(yīng)廣播主控機房對信號的監(jiān)測與調(diào)用，同時要萬無一失地保障安全播出，故此次正在實施的廣播主控升級系統(tǒng)采用符合AES標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)架構(gòu)重新進(jìn)行設(shè)計，同時繼續(xù)采用“基帶信號為主、網(wǎng)絡(luò)信號為輔助”的主體設(shè)計思想[1]。

總控系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下四個階段：第一代，“模擬+AES/EBU”對音頻信號進(jìn)行處理后不能保存和調(diào)用之前調(diào)好的模式，控制操作復(fù)雜，難以遠(yuǎn)距離地傳輸和共享音頻信號；第二代，IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（音頻壓縮編碼），缺乏精確時鐘同步及網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)機制限制，傳輸通道數(shù)及音質(zhì)打了很大的折扣；第三代，CobraNet與Ether Sound技術(shù)，需要構(gòu)建一個專網(wǎng)，控制信息如果稍多一些剛需要由另一個網(wǎng)絡(luò)來傳送，傳輸通道也受限于32個，即便在千兆網(wǎng)絡(luò)上也是這樣；最新技術(shù)，AoIP技術(shù)，為音頻連接提供了一種低延時、高精度和低成本的解決方案。目前總控系統(tǒng)在從第三代最新技術(shù)的過度升級當(dāng)中。

1 概述

隨著資訊行業(yè)高速發(fā)展，新疆廣播電視臺廣播業(yè)務(wù)當(dāng)前的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)已不能滿足不斷新增的業(yè)務(wù)以及對多媒體信息處理的需求。目前傳統(tǒng)廣播業(yè)務(wù)的平臺，包含多套業(yè)務(wù)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)各自獨立運作，彼此之間存在明顯的界限，并且每個系統(tǒng)都有各自完整獨立的業(yè)務(wù)流程，造成了用戶跨系統(tǒng)作業(yè)或者跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享實現(xiàn)難度較大，無法靈活地開展融合媒體業(yè)務(wù)。

通過在直播室內(nèi)增加融媒體視頻直播設(shè)備，可以將廣播資訊、網(wǎng)絡(luò)資訊有機結(jié)合在一起，實現(xiàn)廣播節(jié)目的形式創(chuàng)新，用更加直觀的方式制作廣播節(jié)目，從而建立行業(yè)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)信息平臺，打通廣播電視和互聯(lián)網(wǎng)傳播之間、視聽節(jié)目制作傳播各環(huán)節(jié)之間的信息孤島，加快行業(yè)信息服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)化、智能化。

改造原則：數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化視音頻技術(shù)的發(fā)展使得近年來專業(yè)視音頻領(lǐng)域的工作流程和制作設(shè)備與手段發(fā)生了深刻的變革。IT行業(yè)的大量技術(shù)和系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計思想融入專業(yè)廣電播出后，應(yīng)運而生的VoIP和AoIP相關(guān)技術(shù)不僅僅是一種信號傳輸方式，而是進(jìn)一步使廣播電視行業(yè)的制作技術(shù)、發(fā)布手段、用戶體驗等各方面都發(fā)生了質(zhì)的改變[2]。

1.1 VOIP/AoIP（AudiooverIP）基本原理

VOIP，即指在IP網(wǎng)絡(luò)上使用IP協(xié)議以數(shù)據(jù)包的方式傳輸語音。使用VOIP協(xié)議，不管是因特網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部互連網(wǎng)還是局域網(wǎng)都可以實現(xiàn)語音通信。一個使用VOIP的網(wǎng)絡(luò)中，語音信號經(jīng)過數(shù)字化，壓縮并轉(zhuǎn)換成IP包，然后在IP網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸。VOIP 信令協(xié)議用于建立和取消呼叫，傳輸用于定位用戶以及協(xié)商能力所需的信息。

AoIP（AudiooverIP）是指在普通以太網(wǎng)上以IP流的方式實時傳送數(shù)字音頻信號的技術(shù)，適用于包括現(xiàn)場擴聲在內(nèi)的諸多專業(yè)音頻領(lǐng)域。它不同于VoIP（VoiceoverIP），雖然VoIP也用IP來傳輸音頻，但其碼率低，音質(zhì)僅限于話音級水平，通常只能用于網(wǎng)絡(luò)電話通信；另外，AoIP也不同于互聯(lián)網(wǎng)音頻，點播或直播方式下的互聯(lián)網(wǎng)音頻使用高壓縮比算法，存在緩沖時間長、音質(zhì)損耗大、容易丟幀等缺點，不適合對音質(zhì)和時延有著較高要求的專業(yè)廣播場合使用。

1.2 AoIP的發(fā)展需求

網(wǎng)絡(luò)化、IP化已經(jīng)成為信息傳遞相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字系統(tǒng)逐漸成為支撐信息社會的大平臺，并且使得多種媒體形式相互滲透和融合，帶來了當(dāng)前廣播行業(yè)的新媒體或稱融媒體播出的革新浪潮。同時，國家廣電總局已經(jīng)公布了《高質(zhì)量音頻流在IP網(wǎng)絡(luò)上的互操作規(guī)范》，《網(wǎng)絡(luò)音頻應(yīng)用的開放式控制架構(gòu)》等AoIP技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加上IP特有的分布式、全共享、數(shù)據(jù)無障礙互通等優(yōu)勢體現(xiàn)，AoIP音頻系統(tǒng)代表著技術(shù)發(fā)展的前景。因此，這次臺內(nèi)直播室改造，從系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，設(shè)備選型也都很大程度考慮到AoIP發(fā)展的需要。

2 Dante數(shù)字音頻傳輸技術(shù)

在系統(tǒng)設(shè)計中，出于播出安全第一為基礎(chǔ)，采用傳統(tǒng)基帶與AoIP融合的方式來實現(xiàn)系統(tǒng)功能，并且可以讓傳統(tǒng)基帶和AoIP做到各自獨立完成直播室、直播室到總控等環(huán)節(jié)的主要功能，同時保證高標(biāo)準(zhǔn)安全性。

融媒體可視化廣播直播室除了要滿足標(biāo)準(zhǔn)直播室的功能外，還要滿足視頻直播、新媒體發(fā)布功能。滿足多媒體節(jié)目的直播播出任務(wù)，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、安全穩(wěn)定性為基本設(shè)計原則，滿足多媒體節(jié)目時效性、參與性、娛樂性、多樣性的業(yè)務(wù)流程特點，適應(yīng)直播、錄播、網(wǎng)播、轉(zhuǎn)播等多種節(jié)目播出形式和聽眾參與、熱線互動等直播操控。符合《廣播電視安全播出管理規(guī)定廣播中心實施細(xì)則》的相關(guān)要求，且適應(yīng)現(xiàn)代廣播的工藝流程[3]。

2.1 方案設(shè)計實施條件

本項目中直播室設(shè)備升級部分采用了多年來的直播室及周邊設(shè)備的安裝框架模式，該套安裝框架模式經(jīng)過十余年的實際使用，效果良好。

目前，廣播中主要使用的符合AES67標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議中，Dante協(xié)議占用量最大。多家省級廣播電臺均使用Dante協(xié)議為基礎(chǔ)進(jìn)行建設(shè)，效果較好。故本方案以Dante協(xié)議為基礎(chǔ)，對新疆廣播電視臺廣播主控升級系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)思以及設(shè)備選型進(jìn)行建設(shè)，確保從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計到設(shè)備選型都做到心中有數(shù)。

本方案是借鑒省級廣播電視臺主控、音頻制作網(wǎng)及直播室設(shè)備升級以及電視播出系統(tǒng)升級的成功案例，結(jié)合新疆廣播電視臺的實際情況而設(shè)計方案的，具有非常好的實用性。即：該項目在方案設(shè)計實施條件上是完全符合實際情況，切實可行。

2.2 技術(shù)人才方面

新疆廣播電視臺在多年的發(fā)展歷程中，技術(shù)水平經(jīng)歷過3次跨時代的革新，技術(shù)人才豐富，能夠?qū)υ擁椖康氖┕み^程中提供全程各個環(huán)節(jié)的技術(shù)監(jiān)督，不論是線纜、模擬設(shè)備、數(shù)字設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都有非常豐富的人才知識儲備。

融媒體直播系統(tǒng)改造：在目前直播室的基礎(chǔ)上增加融媒體視頻直播設(shè)備。配備一臺高清攝像機、2個高清USB攝像頭、視頻直播一體機、監(jiān)看電視大屏、視頻摳像等設(shè)備，滿足視頻直播、訪談、站播、外場連線等功能。可以支持傳統(tǒng)FM、電視、新媒體APP、微信、微博、抖音等渠道的發(fā)布。

制作播出網(wǎng)中的錄音系統(tǒng)，精品慢錄、普通慢錄等系統(tǒng)原來僅僅支持CobraNet網(wǎng)絡(luò)音頻實時傳輸技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)聲卡全部進(jìn)行更換。

2.3 主控直播室信號、代播信號接入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

現(xiàn)在廣播主控機房直播室信號、代播信號接入流程在本次主控升級系統(tǒng)中得到了部分保留，原有主控機房在為各個服務(wù)方向輸送信號的時候，采用從上而下、逐級傳送的“串聯(lián)模式”進(jìn)行傳送，本次主控機房設(shè)備升級方案最大限度的改造此類工作模式，盡量使用同源并行輸出信號方式，即并聯(lián)模式往各個服務(wù)方向輸送信號，各個服務(wù)方向的傳送線路獨立運行、獨立配置相關(guān)參數(shù)。

特別注意的是：為了保證信號源頭輸出足夠多，對音頻切換器的要求較高。必須高穩(wěn)定性，而且對于輸出要求也有一定的要求，必須進(jìn)行定制。輸入端需要1組模擬卡農(nóng)頭立體聲輸入，3個卡農(nóng)頭數(shù)字輸入。輸出端需要2組模擬立體聲輸出（其中1組是斷電直通），還需要1組數(shù)字立體聲輸出，而原來的輸出端沒有數(shù)字立體聲輸出。

2.4 主控系統(tǒng)對外來信號使用架構(gòu)的優(yōu)化

目前主控系統(tǒng)對外來信號使用的弊端是，因為目前使用的CAS網(wǎng)絡(luò)已達(dá)到設(shè)備上限，不能繼續(xù)增加設(shè)備。所以部分外來信號沒有進(jìn)入CAS網(wǎng)絡(luò)，沒有進(jìn)行信號監(jiān)測。同時因為模擬音分串聯(lián)級數(shù)已達(dá)上限且通道全部用完，所以部分外來信號沒有進(jìn)入模擬音分，不能對信號的電平值等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。本次主控系統(tǒng)借用千兆網(wǎng)絡(luò)以及音分同源并行輸出信號方式的優(yōu)勢，將外來信號全面接入主控系統(tǒng)，先進(jìn)入模擬音分系統(tǒng)，再進(jìn)入Dante網(wǎng)絡(luò)，確保所有外來信號都可以進(jìn)行監(jiān)測并且可以調(diào)整信號的電平值等相關(guān)參數(shù)[4]。

2.5 融媒體視頻直播設(shè)備進(jìn)入廣播直播間，實現(xiàn)廣播的網(wǎng)絡(luò)化、智能化

通過在直播間內(nèi)增加融媒體視頻直播設(shè)備?？梢詫V播資訊、網(wǎng)絡(luò)資訊有機結(jié)合在一起，實現(xiàn)廣播節(jié)目形式的創(chuàng)新，用更加直觀的方式制作廣播節(jié)目。從而建立行業(yè)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)信息平臺，加快行業(yè)信息服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)化、智能化。

2.6 廣播主控系統(tǒng)的升級改造，保證信號傳輸鏈路的穩(wěn)定與可靠

目前廣播主控系統(tǒng)采用AES67協(xié)議進(jìn)行升級改造后，信號的調(diào)用分配更加靈活，千兆帶寬有效提高抵抗網(wǎng)絡(luò)擁塞的能力，先進(jìn)技術(shù)理念可以保證信號傳輸鏈路的穩(wěn)定與可靠。Dante是目前最理想的音頻聯(lián)網(wǎng)解決方案，也是受最多專業(yè)音頻視聽廠商青睞的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，全部只需要一根線纜。Dante摒棄了笨重而昂貴的模擬或多核布線，將其替換為廉價且十分常見的CAT5e、CAT6或光纖線纜，實現(xiàn)簡單、輕量且經(jīng)濟(jì)的解決方案。Dante將整個系統(tǒng)上的媒體和控制集成到了一個標(biāo)準(zhǔn)的IP網(wǎng)絡(luò)上。

Dante系統(tǒng)可以方便地從一組簡單的控制臺配對擴展到一臺電腦乃至運行數(shù)千個音頻通道的大容量網(wǎng)絡(luò)上，因為Dante使用邏輯路徑布線而不是物理的點到點連接，因此隨時只需點擊幾下鼠標(biāo)即可將網(wǎng)絡(luò)擴展并重新配置。

2.7 下一代網(wǎng)絡(luò)音視頻實時傳輸技術(shù)展望

EthernetAVB以太網(wǎng)音視頻橋接技術(shù)（Ethernet Audio/Video Bridging，以下簡稱Ethernet AVB）是一項新的IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)，其在傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過保障帶寬（Bandwidth），限制延遲（Latency）和精確時鐘同步（Time synchronization），提供完美的服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，簡稱Qo5），以支持各種基于音頻、視頻的網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用[5]。

Ethernet AVB致力于提供一套基于標(biāo)準(zhǔn)的方案來為演播室、影劇院、音樂會現(xiàn)場及娛樂系統(tǒng)等提供穩(wěn)定可靠的音視頻服務(wù)，以及提供低延時、供家庭及企業(yè)使用的同步音視頻網(wǎng)絡(luò)。

EthernetAVB關(guān)注于增強傳統(tǒng)以太網(wǎng)的實時音視頻性能，同時又保持了100%向后兼容傳統(tǒng)以太網(wǎng)，是極具發(fā)展?jié)摿Φ南乱淮W(wǎng)絡(luò)音視頻實時傳輸技術(shù)。

EthernetAVB是一種架構(gòu)在以太網(wǎng)三層網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上傳輸專業(yè)非壓縮Audio，video信號的協(xié)議技術(shù)，它能夠支持目前大多數(shù)的專業(yè)視頻信號格式，支持多達(dá)512通道無壓縮或多路壓縮數(shù)據(jù)格式音頻信號，支持在以太網(wǎng)上傳輸壓縮的1080i/p高清視頻信號，而它的帶寬占用率只有130Mbit/s.

3 結(jié)語

EthernetAVB建立的AVB網(wǎng)絡(luò)，稱之為AVB“云”（Cloud），解決了在以太網(wǎng)上提供同步化低延遲的實時流媒體服務(wù)。在AVB“云”內(nèi)，由于延遲和服務(wù)質(zhì)量得到保障，能夠高質(zhì)量地提供實時的流媒體服務(wù)。

同時，AVB網(wǎng)絡(luò)保持與傳統(tǒng)以太網(wǎng)的兼容，能夠連接到傳統(tǒng)的交換機、集線器和終端設(shè)備。告別直接與硬件對話的“云計算”支持用戶在任意位置、使用各種終端獲取應(yīng)用服務(wù)，所請求的資源來自“云”，而不是固定的有形的實體。